[發明專利]用于惡劣環境的發光二極管

無效

• 申請號: 201110276617.2
• 申請日: 2008-03-06
• 公開（公告）號: CN102347405A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: J·D·科爾文;A·E·科爾文;A·德昂尼斯;J·L·克爾斯馬諾維奇
• 申請（專利權）人: 醫藥及科學傳感器公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/44;H01L33/62;H01L31/12;A61B5/1459
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;夏青

本申請是2009年10月13日提交的申請號為“200880011958.3”、發明名稱為“用于惡劣化境的發光二極管”的分案申請。

技術領域

本發明總體上涉及發光二極管。具體而言，本發明涉及一種用于惡劣環境的發光二極管。

背景技術

發光二極管，或者LED，是在向LED的陽極和陰極端子之間施加正向偏置時發射特定頻譜的非相干光的半導體器件。通過摻雜具有各種雜質的半導體材料以形成p-n結的方式來形成LED，所述p-n結在電流從該結的p側(陽極)流向該結的n側(陰極)時發射光子。由LED發射的光的顏色或者波長取決于形成該二極管p-n結的材料。例如，由砷化鋁鎵(AlGaAs)構成的LED輻射紅外線和紅光，由磷化鋁鎵(AlGaP)構成的LED輻射綠光，由氮化鎵(GaN)構成的LED輻射綠光和藍光，并且由氮化銦鎵(InGaN)構成的LED輻射近紫外、藍綠和藍光，等等。

通常，通過在n型襯底上沉積p型層來形成LED。將耦合到p型層的陽極焊盤安裝到LED芯片的頂表面，并且將耦合到n型襯底的陰極焊盤也安裝到LED芯片的頂表面上。LED也可以形成在諸如藍寶石(AL₂O₃)的透明襯底上。例如，在藍寶石上GaN的LED中，首先在藍寶石襯底的上表面上形成至少一個n型層，并且然后在該上表面上形成包括p型層的一個或多個附加層以生成p-n結。可以使用許多公知的工藝來形成這些層，例如以金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、等離子沉積等。在該藍寶石襯底的底表面上形成反射的金屬層以將向下發射的光反射回并且通過該上表面。

圖1示出了安裝到印刷電路板10的現有技術LED管芯1，即，“板上芯片”設計。在藍寶石襯底3的頂表面上形成p-n結2，并且在藍寶石襯底3的底表面上形成反射的金屬層4。在LED管芯1的頂表面上，將引線7，8(分別地)鍵合到陽極和陰極焊盤5、6，并且(分別地)鍵合到印刷電路板10上的相應陽極和陰極焊盤11、12。諸如熱壓，熱超聲，超聲等的引線鍵合是用于將引線7、8(分別地)附著到LED焊盤5、11和印刷電路板焊盤6、12的標準方法。金屬層4將從p-n結2向下發射的光向上反射，理想地通過LED管芯1的頂表面。結果，盡管由p-n結2發射的一些光會漏出藍寶石襯底3的側面，但是大多數光從LED管芯1的頂表面發射。圖2示出了安裝到印刷電路板10的LED管芯1的正視圖，表示(分別地)鍵合到LED焊盤5、6的引線7、8。

已經在體內的非密封傳感器中使用LED，并且在這些應用中，印刷電路板10通常是陶瓷(鋁)的或者陶瓷合成物，而LED襯底3通常是藍寶石、硅或者其他類似材料。盡管對于水或者水蒸汽來說，通常是不能透過這些材料，但是必須保護引線7和8，LED焊盤5和6以及印刷電路板焊盤11和12不受人體惡劣環境的影響。結果，這些組件通常被裝入聚合物材料中，不幸的是，該聚合物材料易于被水或者水蒸汽滲透。隨著時間的過去，該不期望的水滲透不僅影響聚合物的屬性，而且也通過各種機制助長了LED的過早失效，所述機制包括例如介電常數劣化，氧化，電短路，形成空隙空間，襯底上金焊盤的分層等等。

圖3示出了在安裝到印刷電路板并且其電連接已經被裝入聚合物材料中的現有技術LED管芯上水滲透的影響。盡管印刷電路板10有效地阻擋了水從底部滲透到LED管芯1的電連接中，但是如圖3所示，水會從其它方向進入到聚合物材料15中。為了強調水滲透問題，圖3中在尺寸上夸大了聚合物材料15。

盡管已經知道可以將LED以反向方式安裝到印刷電路板，即“倒裝芯片”取向，但是這些現有技術本身不能克服當在惡劣環境中使用LED時產生的水滲透問題。然而，與板上芯片設計的標準相比較，由于倒裝芯片LED從該LED的下表面發射的光，即從與印刷電路板最接近的表面發射的光，通常被散射，即，沒有被反射回LED中而是通過該上表面發射，所以倒裝芯片LED發射更少的光。結果，現有技術的倒裝芯片LED不僅不能解決水滲透到體內的非密封傳感器的問題，而且與標準的板上芯片設計相比發射更少的光。

發明內容